C++实现双向链表代码分析

前言:

前面文章分析了单向链表，并给出了python和C++实现：单链表从原理到实现，python和C++两个版本

本文介绍的双向链表是在单向链表基础上的一个改进，每个节点指向其直接前驱和直接后继节点。因此，从双向链表的任意位置开始，都能访问所有的节点。

一、双向链表优缺点

双向链表的缺点：

从节点的结构上可以看出，双向链表的所需的存储空间大于单向链表。同时，对于插入和删除等操作来说，双向链表的节点操作更加复杂，涉及到节点的前后两个节点。

双向链表的节点：

对于双向链表来说，它的每个节点要指向“直接前驱”和“直接后继”，所以节点类需要含有两个指针域。指向直接前驱的指针使用pre表示，指向后继的指针使用next表示。

二、C++实现分析

（1）节点类

双向链表的节点含有两个指针域，即直接前驱pre和直接后继next。节点类采用的是模板实现，这样其所存储的数据就不再依赖于特定类型。

template<class T>
class Node {
public:
    Node() {}
    Node *pre;
    Node *next;
    // 由于data属性是私有的
    // 所以采用get和set对data进行处理
    void setData(T data) { this->data = data; }
    T getData() { return this->data; }
private:
    T data;
};

（2）链表类分析

链表类应该包含基本的增、改、删、查等操作，由于其各种功能的实现是很相似的，

所以下面给出了需要实现的典型函数：

• 构造函数：
• isEmpty()判断是否为空；
• size()返回链表长度；
• insert()头插、尾插、中间插入节点；
• delete()删除节点；
• getNode()获取节点；
• traversal()遍历链表；

链表类的定义如下：

template<class P>
class DoubleLinkedList {
public:
    DoubleLinkedList();
    bool isEmpty();
    Node<P>  *getNode(int index);
    int size();
    void insert(int data, int index);
    void traversal();
    void remove(int index);

private:
    Node<P> *head;
};

（3）链表类构造函数

初始化时需要创建头节点，作为头指针：

template<class P>
DoubleLinkedList<P>::DoubleLinkedList() {
    // 创建头结点
    head = new Node<P>();
    head->pre = NULL;
    head->next = NULL;
    head->setData(666);
}

（4）isEmpty()判断是否为空

对于双向链表来说，判断是否为空只需要判断头指针是否指向其他Node节点：

template<class P>
bool DoubleLinkedList<P>::isEmpty() {
    if (head->next == NULL) {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

（5）size()获取链表长度

获取链表长度时需要判断链表是否为空，从而确定是否采用遍历的方式计算链表的长度。

由于采用的不是循环链表，所以循环的结束条件是判断是否指向空节点：

template<class P>
int DoubleLinkedList<P>::size() {
    if (isEmpty()) {
        return 0;
    }
    else {
        int count = 0;
        Node<P> *current = head->next;
            // 循环结束条件
        while (current!=NULL)
        {
            current = current->next;
            count++;
        }
        return count;
    }
}

（6）getNode()获取节点

在插入和删除等操作中，需要频繁的进行节点获取操作。

所以应该封装为单独的函数用于节点获取，如下：

template<class P>
Node<P> *DoubleLinkedList<P>::getNode(int index) { 
    Node<P> *current = head;
    int currentCount = 0;
    // 循环结束条件
    while (currentCount<=index)
    {
        current = current->next;
        currentCount++;
    }
    return current;
}

（7）insert()插入节点

插入节点依旧包含头插法，尾插法和任意位置的插入。插入操作与单向链表的最大区别在于节点的指针移动较为复杂，需要将插入位置前后两个节点与新节点均建立联系：

template<class P>
void DoubleLinkedList<P>::insert(int data, int index) {
    Node<P> *node = new Node<P>();
    node->setData(data);
    // 1、列表为空时
    if (isEmpty()) {
        head->next = node;
        node->pre = head;
        return;
    }
    // 2、头插法
    if (index == 0) {
        node->next = head->next;
        head->next->pre = node;
        node->pre = head;
        head->next = node;
    }
    // 3、尾插法
    else if (index >= this->size() - 1) {
        // printf("index %d, size %d \n", index, this->size());
        Node<P> *temp = this->getNode(this->size()-1);
        temp->next = node;
        node->pre = temp;
    }
    // 4、任意位置插入
    else
    {
        Node<P> *pre = this->getNode(index);
        Node<P> *next = pre->next;
        node->next = pre->next;
        node->pre = pre;
        pre->next = node;
        node->next->pre = node;
    }
}

（8）、remove()删除节点

前面已经定义了用于获取节点的getNode()函数，所以remove()函数只需要进行指针移动操作。

将所要删除的节点的直接前驱节点和直接后继节点相连：

template<class P>
void DoubleLinkedList<P>::remove(int index) {
    // 保证索引有意义
    if ((index < (this->size()-1)) && (index>0)) {
        Node<P> *node = this->getNode(index);
        Node<P> *pre = node->pre;
        Node<P> *next = node->next;
        pre->next = next;
        next->pre = pre;
    }
}

（9）traversal()遍历链表函数

虽然可以从双向链表的任一个节点开始遍历整个链表，但是下面的实现依旧是从头结点开始的，循环的结束依旧是指向空指针：

template<class P>
void DoubleLinkedList<P>::traversal() {
    if (!isEmpty()) {
        Node<P> *current = head;
        while (current)
        {
            cout << current->getData() << endl;
            current = current->next;
        }
    }
} 

到此这篇关于C++实现双向链表代码分析的文章就介绍到这了,更多相关C++双向链表内容请搜索猪先飞以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持猪先飞！